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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein
Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates. Die Erfindung beschreibt
eine Maskentechnikvorrichtung und ein Maskierungsverfahren, die
einen formschlüssigen
Kontakt mit einer Substratoberfläche
gewährleisten
kann und die zudem auch in einem durchlaufenden Verfahren eingesetzt werden
kann.
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Das
technische Anwendungsgebiet der hier beschriebenen Erfindung ist
eine Maskierungstechnik zur strukturierten Bearbeitung einer Substratoberfläche. Auf
einem Substrat soll ein Prozessschritt ausgeführt werden, der auf bestimmte
Bereiche der Oberfläche
des Substrates beschränkt
bleibt. Hierfür werden
allgemein Maskentechniken eingesetzt. Ein Beispiel ist die Verwendung
von Fotolack, der auf das Substrat aufgebracht wird, über eine
Fotomaske belichtet wird, die Strukturen im Lack entwickelt werden, ein
Prozessschritt zum Auftragen bzw. Entfernen einer Beschichtung durchgeführt wird
und zuletzt die Fotolackmaske wieder chemisch entfernt wird. Dies erfordert
im Allgemeinen jedoch viele Prozessschritte und kann nur bei hochwertigen
Produkten in dieser Form durchgeführt werden. Eine Alternative
ist die Verwendung von sogenannten Schattenmasken. In diesem Fall
wird eine Maske mit definierten Strukturen bzw. Öffnungen auf ein Substrat gelegt
oder gepresst und anschließend
ein Prozessschritt ausgeführt,
der dann auf die Bereiche des Substrates beschränkt bleibt, an dem die Schattenmaske Öffnungen
aufweist. Im Allgemeinen ist die erzielbare Strukturgenauigkeit
von konventionellen Schattenmasken dadurch begrenzt, dass die Maske
nicht formschlüssig
mit dem Substrat in Kontakt steht. Dies führt dazu, dass ein Prozessschritt
auch eine Wirkung im Randbereich der Strukturen unterhalb der Schattenmaske ausübt und die
Struktur ihre geometrische Präzision verliert.
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In
der US-Patentschrift
US
5,751,538 A wird eine Schattenmaske beschrieben, welche
durch eine elektrostatische Kraft auf einen statischen Maskenhalter
fixiert ist. Durch die Öffnungen
in der Maske kann ein unter dem Maskenhalter angeordnetes Substrat
mit einem Teilchenstrahl Wechselwirken.
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In
der Schrift
DE 196
17 355 A1 ist eine Rotationssiebdruckmaschine zum Drucken
großrapportiger
Bilder gezeigt. Diese weist Rundschablonen mit jeweils individuell
zugeordnetem Einzelantrieb auf, wobei das Abheben und Absenken der
jeweils einem Teilrapport zugeordneten Rundschablonen individuell
durch den Einsatz von Schrittmotoren steuerbar ist.
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Die
US-Patentschrift
US
38 35 773 A zeigt eine kontinuierlich arbeitende Siebdruckmaschine mit
einer endlosen Siebdruckschablone, die auf zwei beabstandeten, parallelen
zylindrischen Rollen zum Bedrucken eines flexiblen Gewebes angeordnet
ist.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur strukturierten Bearbeitung eines Substrates mit
einer Maskierungstechnik, die einen formschlüssigen Kontakt mit der Substratoberfläche gewährleisten
kann und die zudem auch in einem durchlaufenden Verfahren eingesetzt
werden kann, zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die Vorrichtung nach Anspruch 1 sowie dem Verfahren
gemäß Anspruch
19 gelöst.
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Die
vorliegende Erfindung schafft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines
Substrates, mit einer Einrichtung zum Zuführen des Substrates, mit einer Einrichtung
zum Fixieren einer Schattenmaske und einer Einrichtung zum Liefern
eines Prozessmittels. Die Schattenmaske weist eine Öffnung und
einen Randbereich, der die Öffnung
begrenzt, auf, so dass der Randbereich der Schattenmaske das Substrat beim
Fixie ren berührt.
Die Einrichtung zum Fixieren ist ausgebildet, um eine Fixierung
der Schattenmaske in einer ersten Zeitdauer, um eine reduzierte
oder keine Fixierung der Schattenmaske in einer zweiten späteren Zeitdauer
zu liefern. Außerdem
weist die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrates eine Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels, das über die Öffnung der Schattenmaske auf
das Substrat wirkt, auf.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Bearbeiten
eines Substrates durch das Zuführen
eines Substrates, durch das Fixieren einer Schattenmaske mit einer Öffnung und
einem Randbereich, der die Öffnung
begrenzt, auf einem Substratabschnitt, so dass der Randbereich der Schattenmaske
das Substrat während
einer ersten Zeitdauerberührt.
Ferner umfasst das Verfahren ein Liefern mindestens eines Prozessmittels,
das über die Öffnung der
Schattenmaske auf das Substrat wirkt und einem Reduzieren der Fixierung
oder ein Separieren der Schattenmaske von dem Substratabschnitt
in einer zweiten späteren
Zeitdauer.
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Die
vorliegende Erfindung weist den Vorteil auf, dass gemäß Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung beispielsweise die Bearbeitung des Substrates
kontinuierlich erfolgen kann. Beispielsweise können sowohl die Schattenmaske
als auch das Substrat kontinuierlich zugeführt werden. Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann die Schattenmaske beispielsweise
durch elektrostatische oder magnetische bzw. elektromagnetische
Kräfte
kontinuierlich auf einen sich ändernden
Substratabschnitt eines kontinuierlich zugeführten Substratbandes kontinuierlich
fixiert sein, und somit ein kontinuierliches Zuführen eines Prozessmittels ermöglicht werden.
Sowohl das Substrat als auch die Schattenmaske kann dabei als Folie
ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden
Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
prinzipielles Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine
schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung;
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3 die
schematische Darstellung der Einwirkung eines Prozessmittels auf
einen Substratabschnitt einer Vorrichtung gemäß 2;
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4 zeigt
die schematische Querschnittsdarstellung für ein kontinuierliches Bearbeiten
eines Substrates gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 zeigt
das schematische Einwirken eines Prozessmittels auf einen Substratabschnitt
in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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6 ein
schematisches Blockdiagramm zum Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Im
Nachfolgenden werden Bezug nehmend auf die beiliegenden 1 bis 6 Ausführungsbeispiele
von dem erfindungsgemäßen Verfahren und
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zum Bearbeiten eines Substrates detailliert dargelegt.
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Bezüglich der
nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sollte beachtet
werden, dass in den unterschiedlichen Figuren für funktional identische bzw.
gleichwirkende oder funktionsgleiche, äquivalente Elemente oder Schritte
zur Vereinfachung in der gesamten Beschreibung die gleichen Bezugszeichen
verwendet werden.
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In 1 ist
die Vorrichtung zum Bearbeiten eines Substrates schematisch in einem
Blockdiagramm dargestellt. Die Vorrichtung 100 zum Bearbeiten
eines Substrates weist eine Einrichtung 110 zum Zuführen des
Substrates 112, eine Einrichtung 120 zum Fixieren
einer Schattenmaske 122 mit einer Öffnung 123 und einem
Randbereich 122a, der die Öffnung 123 begrenzt,
auf einem Substratabschnitt 113 auf, so dass der Randbereich 122a der
Schattenmaske 122 das Substrat 112 berührt, wobei
die Einrichtung zum Fixieren 120 ausgebildet ist, um eine
Fixierung der Schattenmaske auf einem Sub stratabschnitt 113 in
einer ersten Zeitdauer und eine reduzierte oder keine Fixie rung
der Schattenmaske 122 in einer zweiten, späteren Zeitdauer
zu liefern. Ferner weist die Vorrichtung 100 eine Einrichtung 150 zum
Liefern eines Prozessmittels, das über die Öffnung 123 der Schattenmaske 122 auf
das Substrat 112 wirken kann.
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In
dem Ausführungsbeispiel
in 2 weist die Einrichtung 110 zum Zuführen des
Substrates eine Abwickelrolle 124 und eine Aufwickelrolle 126 für ein flexibles
Substratband 112 auf. In diesem Ausführungsbeispiel kann es sich
also um ein flexibles Substrat handeln, das in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren bearbeitet
wird. Die Einrichtung 120 zum Fixieren einer Schattenmaske
kann, wie in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt, eine Spannungsquelle 128 aufweisen, des Weiteren
kann die Schattenmaske aus einem leitfähigen Material bestehen bzw.
eine leitfähige
Schicht aufweisen. Die Schattenmaske kann als eine Folienmaske mit
leitfähiger
Schicht ausgebildet sein, welche mehrere Öffnungen bzw. Strukturmuster 123 aufweist.
Die Spannungsquelle 128 kann über Zuführungen die leitfähige Schattenmaske 122,
welche auf einer ersten Seite des Substrates 112a angeordnet
ist, auf ein erstes elektrisches Potential und eine Gegenelektrode 125,
welche auf einer zweiten Seite 112b des Substrates 112 angeordnet
ist, auf ein zweites elektrisches Potential legen. Dadurch ist die
leitfähige
Schattenmaske 122 aufgrund einer elektrostatischen Kraft
zwischen der auf dem ersten elektrischen Potential liegenden leitfähigen Schattenmaske 122 und
der auf dem zweiten elektrischen Potential liegenden Gegenelektrode 125 auf
einem Substratabschnitt 113 des Substratbandes fixiert.
Das Substrat 112 ist also zwischen der Schattenmaske und
der Gegenelektrode 125 angeordnet.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Gegenelektrode 125, welche auf der zweiten Seite 112b des
Substrates 112 angeordnet ist, ebenfalls als eine zweite
leitfähige
Schattenmaske ausgebildet. Das heißt, die Gegenelektrode kann
auch Öffnungen 123 aufweisen,
durch die, das durch die Einrichtung 150 zum Liefern eines
Prozessmittels zur Verfü gung
gestellte Prozessmittel auf die zweite Seite des Substrates 112 wirkt.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist die Vorrichtung 100 ferner
eine Steuervorrichtung auf, die so ausgebildet ist, dass sie Signale
zur Verfügung
stellt, welche die Einrichtung zum Fixieren 120 veranlassen,
eine Fixierung der Schattenmaske auf einem Substratabschnitt während einer
ersten Zeitdauer zu liefern. Die Steuervorrichtung ist ferner so
ausgebildet, dass sie Signale zur Verfügung stellt, welche während der
zweiten Zeitdauer die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine
reduzierte oder keine Fixierung der Schattenmaske zu liefern und
eine Aufwickelrolle 116 so antreiben, dass in der ersten
Zeitdauer der Substratabschnitt 113 sich relativ zu der
Schattenmaske 122 nicht bewegt und in der zweiten Zeitdauer
der Substratabschnitt 113 sich relativ zu der Schattenmaske 122 bewegt.
In anderen Worten, die Vorrichtung 100 kann so gesteuert
sein, dass während
der zweiten Zeitdauer, in der die Schattenmaske das Substrat nicht
berührt,
die Aufwickelrolle angetrieben wird, so dass die Schattenmaske während einer
nachfolgenden ersten Zeitdauer auf einem anderen Substratabschnitt
des Substratbandes fixiert werden kann. Das heißt, das Substratband stoppt
und die Spannungsquelle wird eingeschaltet, um durch die anziehenden elektrostatischen
Kräfte
zwischen der Schattenmaske und der Gegenelektrode ein formschlüssiges Fixieren
der Schattenmaske auf dem anderen Substratabschnitt 113 zu
erreichen. Danach kann eine Bearbeitung des neuen Substratabschnittes
des Substratbandes erfolgen. Die Wirkung des Prozesses bzw. des
Prozessmittels bleibt dabei auf die offenen Bereiche 123 der
Maske beschränkt.
Anschließend
kann die Steuervorrichtung wieder das Abschalten der elektrischen
Potentialdifferenz zwischen der Folienmaske und Gegenelektrode durch
die Spannungsquelle steuern, so dass eine reduzierte oder keine
Fixierung der Schattenmaske auf dem Substrat vorliegt und das Substratband
weiter aufgewickelt werden kann.
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Eine
reduzierte Fixierung kann eine Verringerung der Haltekraft, beispielsweise
der anziehenden elektrostatischen Kraft bedeuten.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung 120 zum
Fixieren einer Schattenmaske einen Elektromagneten, welcher auf
einer zweiten Seite des Substrates angeordnet ist, aufweisen, durch
welchen an eine ferromagnetische Schattenmaske eine magnetische Kraft
anlegt werden kann, so dass die ferromagnetische Schattenmaske,
welche auf einer ersten Seite des Substrates angeordnet ist, auf
einen Substratabschnitt fixierbar ist. Der Substratabschnitt liegt
dabei zwischen der Schattenmaske und dem Elektromagneten. Die Anordnung
entspricht also der Anordnung der leitfähigen Schattenmaske und der
Gegenelektrode in 2. Die Einrichtung zum Zuführen des Substrates
kann in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls
eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle für ein Substratband aufweisen.
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Für die Maskierungstechnik
auf einem durchlaufenden Substratband, welches z. B. aus Polyethylenterephthalat
(PET) oder aus Polyimid bestehen kann, kann eine flexible Folienmaske
als Schattenmaske eingesetzt werden. Diese flexible Folienmaske
kann dann auf der Oberseite 112a des Substratbandes 112 durch
elektrostatische oder elektromagnetische Kräfte formschlüssig fixiert
werden. Durch die Verwendung einer flexiblen Folienmaske als Schattenmaske
kann sich die Folienmaske eventuellen Substratunebenheiten oder
Substratstrukturen anpassen und so ein formschlüssiger Kontakt mit dem Substratband
bzw. dem Substratabschnitt hergestellt werden.
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Wie
in 3 schematisch dargestellt ist, können solange
die Folienmaske in engem Kontakt auf dem Substratband fixiert ist,
ein oder mehrere Prozessschritte 152 ausgeführt werden,
wobei die Wirkung des Prozesses, beispielsweise die Einwirkung eines
Plasmas oder ein Materialauftrag bzw. eine Materialabscheidung,
auf das Substratband nur auf die offenen Bereiche der Folienmaske
beschränkt bleibt.
Die Schattenmaske 122 kann entweder abschnittsweise auf
dem Band fixiert werden oder auch, wie in 4 dargestellt,
selbst als ein umlaufendes Band in einem kontinuierlichen Verfahren
mit dem Substratband über
eine bestimmte Teilstrecke in Kontakt gebracht werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum Fixieren einer
Schattenmaske ferner eine mechanische Einrichtung auf, welche ausgebildet
ist, um die Schattenmaske in der zweiten Zeitdauer von dem Substratabschnitt
abzuheben oder in der ersten Zeitdauer so weit anzunähern, dass
eine Fixierung der Schattenmaske auf dem Substratabschnitt durch eine
elektrostatische oder elektromagnetische Kraft durchführbar ist.
Das heißt,
die Schattenmaske kann durch eine mechanische Vorrichtung, wie z.
B. Federn oder ähnliche
mechanische Vorrichtungen, so weit an das Substrat herangeführt werden,
dass beispielsweise durch das Anschalten der Spannungsquelle und
der dadurch entstehenden elektrostatischen Kraft zwischen der Schattenmaske
und einer unter dem Substrat liegenden Gegenelektrode eine Fixierung
der Schattenmaske auf dem Substrat erreicht wird.
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In 4 ist
die schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
sind sowohl die Folienmaske bzw. Schattenmaske 122 als
auch die Gegenelektrode 125 als Bänder ausgeführt, die über umlaufende Rollen an das Substratband
angenähert
werden. Dies ermöglicht eine
kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Prozessierung des Substratbandes 112.
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In
dem Ausführungsbeispiel
in 4 weist die Einrichtung 110 zum Zuführen des
Substrates wieder eine Abwickelrolle 124 und eine Aufwickelrolle 126 zum
kontinuierlichen Zuführen
eines flexiblen Substratbandes 112 auf. Ferner weist die
Einrichtung 120 zum Fixieren einer Schattenmaske 122 eine Spannungsquelle 128 auf,
um eine Schattenmaske 122, welche als leitfähiges Schattenmaskenband ausgebildet
ist und über
eine erste Rolle 130 und eine zweite Rolle 132 von
einer ersten Seite 112a kontinuierlich an das Substratband 112 angenähert wird,
auf ein erstes elektrisches Potential zu legen. Die Einrichtung 120 zum
Fixieren einer Schattenmaske weist außerdem eine Gegenelektrode 125 auf,
welche auf einer zweiten Seite des Substrates 112b angeordnet
ist und welche von der Spannungsquelle 128 auf ein zweites
elektrisches Potential gelegt werden kann. Die Spannungsquelle ist über Zuleitungen
mit dem Schattenmaskenband und der Gegenelektrode verbunden. Aufgrund
einer elektrostatischen Kraft zwischen dem leitfähigen Schattenmaskenband und
der Gegenelektrode ist ein Schattenmaskenabschnitt 114 des
leitfähigen
Schattenmaskenbandes 122 kontinuierlich fixiert. Die Gegenelektrode 125 ist
als Gegenelektrodenband ausgeführt, das über eine
dritte 134 und vierte Rolle 136 von der zweiten
Seite 112b des Substrates kontinuierlich an das Substratband 112 angenähert wird.
Mit dieser Vorrichtung kann also eine Substratfolie kontinuierlich
bzw. durchlaufend prozessiert werden. Das heißt, es ist denkbar, das die
Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kontinuierlich ein
Prozessmittel liefert, das durch die kontinuierlich zugeführten und
fixierten Öffnungen
des Schattenmaskenbandes auf das kontinuierlich zugeführte Substratband
wirkt. Es ist also ein durchgehender Maskierungs- und Prozessierungablauf
möglich.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann das Gegenelektrodenband 125 wieder
als ein zweites leitfähiges
Schattenmaskenband ausgebildet sein, so dass ein Prozessmittel zeitgleich
auch auf die zweite Seite 112b des Substratbandes durch
die Öffnung
des zweiten Schattenmaskenbandes auf das Substrat wirken kann.
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In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Einrichtung zum Fixieren einer
Schatten maske einen oder mehrere Elektromagneten aufweisen, welche
als ein Band mit Elektromagneten ausgebildet ist, das über eine
dritte und vierte Rolle, wie in 4 für die Gegenelektrode dargestellt,
von einer zweiten Seite des Substrates kontinuierlich an das Substratband
angenähert
wird und durch das auf eine Schattenmaske, welche als ferromagnetisches
Schattenmaskenband ausgebildet ist und welches über eine erste und zweite Rolle von
einer ersten Seite des Substrates kontinuierlich an das Substratband
angenähert
wird, eine elektromagnetische Kraft anlegbar ist, so dass ein Schattenmaskenabschnitt
auf einen Substratabschnitt kontinuierlich fixiert ist. Das heißt, es ist
auch ein kontinuierliches Maskierungstechnik-Verfahren bzw. eine Vorrichtung
zur Durchführung
einer kontinuierlichen Maskierungstechnik möglich, bei der sich eine Schattenmaske
und ein Magnet aufgrund von magnetischen Kräften so anziehen, dass die
Schattenmaske in einem durchlaufenden bzw. kontinuierlichen Prozess
auf einem Substratabschnitt fixierbar ist, so dass eine Einwirkung
eines Prozessmittels durch die Öffnung
der Schattenmaske auf das Substrat erfolgen kann.
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Es
ist auch denkbar, dass die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske
ein Permanentmagnetband aufweist, das über eine dritte und vierte Rolle
an das Substratband kontinuierlich angenähert wird und durch das auf
eine Schattenmaske, welches als ferromagnetisches Schattenmaskenband
ausgebildet ist, welches über
eine erste und zweite Rolle von einer Oberseite des Substrates kontinuierlich
an das Substratband angenähert
wird, eine magnetische Kraft ausgeübt wird, so dass eine kontinuierliche
Fixierung des Schattenmaskenabschnittes auf einem Substratabschnitt
erfolgt.
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In 5 ist
schematisch dargestellt, wie während
des kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahrens ein oder mehrere
Prozessmittel 152 kontinuierlich auf einen Substratabschnitt über die Öffnungen 123 einwirken
können.
Die Vorrichtung 100 weist eine Abwickelrolle 124,
eine Aufwickelrolle 126, ein Substratband 112 sowie
eine erste Rolle 130, eine zweite Rolle 132 mit
einem Maskenband 122 und entsprechende Öffnungen 123 auf,
sowie ein Gegenelektrodenband 125, das durch eine dritte
Rolle 134 und eine vierte Rolle 136 von der zweiten
Seite 112b an das Substratband angenähert wird. Des Weiteren ist
eine Spannungsquelle 128 dargestellt, die das Gegenelektrodenband 125 und
das Schattenmaskenband 122 auf eine Potentialdifferenz
legen kann, dass ein Schattenmaskenbandabschnitt 114 des Schattenmaskenbandes 122 kontinuierlich
auf einen Substratabschnitt 113 fixiert ist.
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Die
Vorrichtung 100 kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ferner eine Steuervorrichtung aufweisen,
die so ausgebildet ist, Signale zur Verfügung zu stellen, welche mindestens
eine der Abwickelrolle, der Aufwickelrolle, der ersten, der zweiten,
der dritten oder der vierten Rolle antreiben, so dass eine kontinuierliche
Fixierung eines sich ändernden
Schattenmaskenabschnittes auf einem sich ändernden Substratabschnitt
erfolgt. In anderen Worten, mindestens eine Rolle wird so angetrieben,
dass eine kontinuierliche und synchrone Zuführung des Substratbandes, des Schattenmaskenbandes
und des Gegenelektroden- bzw. des Bandes mit den Elektromagneten
erfolgt, so dass eine kontinuierliche Fixierung eines Schattenmaskenabschnittes
auf einem Substratabschnitt erfolgt. Es tritt also kein Verrutschen
des kontinuierlich auf einen Substratabschnitt zu fixierenden Schattenmaskenabschnittes
während
der ersten Zeitdauer auf.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Abstand der ersten und zweiten
Rolle gegenüber
dem Abstand der dritten und vierten Rolle unterschiedlich, beispielsweise kann
der Abstand der dritten und vierten Rolle geringer sein als der
Abstand der ersten und zweiten Rolle. Dadurch kann die elektrostatische
bzw. magnetische Haltekraft der Schattenmaske im Randbereich automatisch
auf Null fallen und die Schattenmaske bzw. Folienmaske kann praktisch
kräftefrei
vom Substratband abheben.
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Eine
elektrostatische Fixierung kann vorteilhaft sein, da hier sehr hohe
Antriebskräfte
realisiert werden können.
In diesem Fall wirkt die Haltekraft zwischen der Folienmaske bzw.
der Schattenmaske, an die ein Gleichspannungspotential angelegt
wird und einer unterhalb des Substratbandes angeordneten Gegenelektrode.
Die Elektroden können
isoliert sein, um mögliche
elektrische Kontakte zu eventuell vorhandenen Leiterbahnstrukturen
auf dem Substratband zu verhindern. Für einen vollständig kontinuierlichen
Maskenprozess können
sowohl Folienmaske als auch Gegenelektrode als leitfähige geschlossene Folienrolle,
z. B. eine Metallfolie oder eine leitfähig beschichtete Kunststofffolie,
ausgeführt
sein. In diesem Fall können
die Folienelektroden über
Rollen von oben und unten an das Substratband geführt werden.
Durch die elektrostatische Aufladung der Folienelektroden wird ein
enger Kontakt der Maske auf dem Substrat gewährleistet. In diesem Fall kann
ein Verrutschen zwischen dem Substratband und den Folienelektroden
(der Schattenmaske und der Gegenelektrode) relativ zueinander verhindert
werden. Ein Verrutschen könnte
zu Kratzern oder einer Verschmutzung des Substratbandes bzw. zu
einer Einwirkung des Prozessmittels auf unerwünschte Stellen des Substratbandes
führen.
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Die
Ablösung
der elektrostatisch fixierten Folienmaske im kontinuierlichen Verfahren
kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Gegenelektrode unterhalb
des Substratbandes in ihrer Breite in Laufrichtung des Substratbandes
kürzer
ausgeführt ist,
als der Auflagebereich der oben geführten Folienmaske. Somit kann
die elektrostatische Haltekraft im Randbereich automatisch auf Null
zurückgehen
und die Folienmaske kann praktisch kräftefrei vom Substratband abheben.
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Eine
präzise
Ausrichtung der Folienmaske zum Substratband bzw. eine Justage zu
schon bereits vorhandenen Strukturen auf dem Substratband kann beispielsweise über eine
Randper foration des Substratbandes und des Maskenbandes ermöglicht werden.
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Eine
noch genauere Justage kann im so genannten Step-and Repeat-Verfahren
einer Folienmaske erreicht werden. In diesem Fall kann die Maske
jeweils für
einen bestimmten Abschnitt auf dem Substratband geometrisch genau
ausgerichtet werden. Die Folienmaske wird dann abgesenkt und die Spannung
eingeschaltet. Nun können
auf dem maskierten Substratbandbereich ein oder mehrere gewünschte Prozessschritte
erfolgen. Das heißt,
die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kann eine oder
mehrere Prozessmittel liefern. Danach wird die Haltespannung abgeschaltet
und die Maske etwas angehoben. Somit kann das Substratband weitertransportiert
werden. Diese Abfolge wiederholt sich dann regelmäßig.
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Es
sollte darauf hingewiesen werden, dass die oben erwähnten Abwickel-,
Aufwickel-, erste, zweite, dritte und vierte Rollen beispielsweise
auch als Zahnräder
oder sonstige Einrichtungen, welche geeignet sind, das Schattenmaskenband,
das Substratband bzw. das Gegenelektrodenband kontinuierlich zuzuführen, ausgebildet
sein können.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
zur technischen Ausführung
der elektrostatisch fixierten Folienmaske kann die Schattenmaske
sowohl als eine Metallfolienmaske, z. B. eine Edelstahlfolie, oder
auch als eine leitfähig
beschichtete Kunststofffolie, wie z. B. Polyimid ausgebildet sein.
Eine leitfähig beschichtete
Kunststofffolie kann vorteilhaft sein, wenn auf dem Substratband
schon Strukturen vorhanden sind, z. B. empfindliche Schichten, Schaltkreise
bzw. Leiterbahnen die nicht verkratzt oder beschädigt werden dürfen. Metallisierte
Kunststofffolienmasken können
beispielsweise mittels Laserbearbeitung oder hochauflösender Fototechnik
mit feinstrukturierten Öffnungen
versehen werden. Dünne metallisierte
Kunststofffolien, die als Schattenmasken eingesetzt werden, können sich
besonders eng an die zu maskierende Oberfläche des Substrates anschmiegen,
was ein Vorteil für
die Randschärfe des
Maskenprozesses bedeutet.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist die Schattenmaske bzw. das Schattenmaskenband
und/oder die Gegenelektrode eine isolierende Schicht auf, die zum
Substrat bzw. zu dem Substratabschnitt hin gerichtet ist. Außerdem weist
die Schattenmaske bzw. das Schattenmaskenband und/oder die Gegenelektrode
eine leitfähige
Schicht auf, die direkt oder indirekt mit der isolierenden Schicht
so verbunden ist, dass sie den Substratabschnitt bzw. das Substrat
nicht kontaktieren kann. Dabei haben die leitfähige und die isolierende Schicht
der Schattenmaske bzw. und/oder der Gegenelektrode dieselbe Struktur,
damit ein Prozessmittel durch die isolierende Schicht und die leitfähige Schicht
hindurch auf einen Substratabschnitt wirken kann.
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Wird
also beispielsweise ein Substratband mit schon vorhandenen Oberflächenstrukturen
bearbeitet, kann eine Schattenmaske bzw. eine Gegenelektrode verwendet
werden, die an ihrer Unterseite, also der Seite die zum Substrat
hin gerichtet ist, mit einer elektrischen Isolationsschicht versehen
ist, um Spannungsschäden
bzw. Kurzschlüsse
auf dem Substratband zu verhindern. Das Gleiche gilt in analoger
Weise für
die Gegenelektrode unterhalb des Substratbandes. Auch hier kann
eine elektrische Isolationsschicht eine mechanische oder elektrische
Beschädigung
des Substratbandes verhindern.
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Wird
eine Fixierung der Schattenmaske durch eine elektromagnetische Kraft
bzw. durch eine magnetische Kraft durchgeführt, so sollte die Folienmaske
ein leicht magnetisierbares Material aufweisen. Beispielsweise kann
die Schattenfolienmaske ein ferromagnetisches Material, wie z. B.
Eisen, Kobalt-, oder Nickel aufweisen. Diese Materialien weisen
eine hohe magnetische Permeabilität auf. Die Steuerung der Haltekraft
kann dann beispielsweise über
eine Anordnung von Elektromagneten unterhalb des Substratbandes
erfolgen. Dadurch kann die Schattenmaske definiert fixiert und wieder gelöst werden.
Im Falle eines durchlaufenden Verfahrens und einer geschlossenen
Maskenrolle, können
auch die Elektromagneten unterhalb des Substratbandes auf einem
flexiblen, durchlaufenden Band angeordnet sein, so dass auch hier
ein rutschfreier Transport von Substratband und Folienmaske möglich ist.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann eine elektrostatische Folienmaske sowohl oberhalb als auch
unterhalb des Substratbandes ausgeführt sein, so dass auf diese
Weise eine Substratfolie in einem einzigen Schritt von beiden Seiten
der Substratfolie bearbeitet werden kann. Das heißt, das
Prozessmittel kann sowohl durch die Öffnung der Schattenmaske auf
der Oberseite, als auch durch die Öffnung der Schattenmaske, die
als Gegenelektrode fungiert, von der Unterseite her auf das Substrat
wirken.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung so ausgebildet sein,
dass die Einrichtung zum Zuführen
des Substrates eine Abwickelrolle und eine Aufwickelrolle für ein flexibles
Substratband aufweist. Die Einrichtung zum Fixieren einer Schattenmaske
weist zudem eine Spannungsquelle auf, um eine Schattenmaske, welche
als leitfähiges
Schattenmaskenband ausgebildet ist und über eine erste und zweite Rolle
von einer ersten Seite des Substrates an das Substratband angenähert wird
auf ein erstes elektrisches Potential und eine Gegenelektrode, welche
auf einer zweiten Seite des Substrates angeordnet ist, auf ein zweites elektrisches
Potential zu legen, so dass ein Schattenmaskenabschnitt des leitfähigen Schattenmaskenbandes
aufgrund einer elektrostatischen Kraft zwischen dem leitfähigen Schattenmaskenband
und der Gegenelektrode auf einem Substratabschnitt fixiert werden
kann. Das heißt,
in diesem Ausführungsbeispiel
ist die Gegenelektrode nicht als Gegenelektrodenband ausgeführt, sondern
als eine einfache Gegenelektrode.
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Denkbar
ist, dass in diesem Ausführungsbeispiel
das Schattenmaskenband mehrere unterschiedliche Schattenmaskenstrukturen
aufweist, und so beispielsweise über
eine Steuervorrichtung unterschiedliche Schattenmaskenabschnitte über ein
und demselben Substratabschnitt fixiert werden können und gleiche oder unterschiedliche
Prozessmittel von der Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels
zur Verfügung
gestellt werden, die dann über
die unterschiedlichen Öffnungen
der unterschiedlichen Schattenmaskenabschnitte auf einen Substratabschnitt wirken
können.
Nach Beendigung eines oder mehrerer Schattenmaskenschritte, und
den dazugehörigen Prozessmittelschritten,
kann über
die Steuervorrichtung die Aufwickel- bzw. die Abwickelrolle so angesteuert
werden, dass ein nächster
zu bearbeitender Substratabschnitt unter einem bestimmten Maskenabschnitt
zum Liegen kommt. Nach einer erneuten elektrostatischen Fixierung
kann dann dieser neue Substratabschnitt mit entsprechenden Prozessmitteln
bearbeitet werden. Es ist also denkbar, dass das Schattenmaskenband
mehrere oder sämtliche
Maskenstrukturen für
die Bearbeitung eines Substratbandes aufweist und nacheinander unterschiedliche
Prozessmittel auf ein und demselben Substratabschnitt über die Öffnungen
der unterschiedlichen Schattenmasken einwirken.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann also die Vorrichtung ferner eine Steuervorrichtung aufweisen,
die so ausgebildet ist, Signale zur Verfügung zu stellen, welche während der
ersten Zeitdauer die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine
Fixierung eines ersten Schattenmaskenabschnittes auf einem ersten
Substratabschnitt zu liefern und welche während der zweiten Zeitdauer
die Einrichtung zum Fixieren veranlassen, eine reduzierte oder keine
Fixierung des Schattenmaskenabschnittes zu liefern und die Aufwickelrolle,
die Abwickelrolle, die erste oder die zweite Rolle so anzutreiben,
dass während einer
nachfolgenden ersten Zeitdauer der erste Schattenmaskenabschnitt
auf einem zweiten Substratabschnitt oder ein zweiter Schattenmaskenab schnitt
auf dem ersten Substratabschnitt fixiert werden kann.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels als Plasmagenerator
ausgebildet, der unter Atmosphärebedingungen
(Normaldruck, beispielsweise von 0,8 bar bis 1,2 bar) ein Plasma
zur strukturierten Plasmaeinwirkung über die Öffnung der Schattenmaske auf das
Substrat erzeugt. Die Schattenmaske ist in diesem Ausführungsbeispiel
wenigstens teilweise aus Metall bzw. als Metallfolienmaske ausgebildet,
weshalb das Substratband gegenüber
einem heißen Gasstrom,
der durch das Atmosphären-Plasma
entsteht, geschützt
ist, und die Wärme über die
große Fläche der
Metallfolienmaske schnell verteilt wird. Atmosphären-Plasma erzeugt einen heißen Gasstrom, der
oft zur thermischen Beschädigung
des Substratbandes führen
kann. Bei der Verwendung einer Metallfolienmaske ist dagegen das
Substratband geschützt,
und die Wärme
wird über
die große
Fläche schnell
abgeleitet bzw. verteilt.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung weist die Einrichtung zum Fixieren einer
Schattenmaske ferner eine mechanische Einrichtung, wie z. B. Federn
auf, die die erste und zweite Rolle für die Annäherung des Schattenmaskenbandes
an das Substratband an die erste Seite des Substrates annähert.
-
6 zeigt
ein Blockdiagramm zum Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates.
Das Verfahren weist ein Zuführen
eines Substrates 200, ein Fixieren 210 einer Schattenmaske
mit einer Öffnung
und einem Randbereich, der die Öffnung
begrenzt, auf einem Substratabschnitt während einer ersten Zeitdauer
auf, so dass der Randbereich der Schattenmaske das Substrat berührt. Außerdem weist
das Verfahren ein Liefern 220 mindestens eines Prozessmittels,
das über
die Öffnung
der Schattenmaske auf das Substrat wirkt und ein Reduzieren 230 der
Fixierung oder Separierung 230 der Schatten maske von dem
Substratabschnitt in einer zweiten späteren Zeitdauer auf.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
zu dem Verfahren zum Bearbeiten eines Substrates handelt es sich
um ein durchlaufendes Verfahren, bei dem das Zuführen des Substrates, das Fixieren
eines Schattenmaskenabschnittes einer Schattenmaske, welche als
Schattenmaskenband ausgebildet ist, und das Liefern eines Prozessmittels,
sowie das Reduzieren der Fixierung oder der Separierung der Schattenmaske
kontinuierlich durchgeführt
werden.
-
Das
Fixieren 210 der Schattenmaske kann beispielsweise durch
eine anziehende elektrostatische Kraft zwischen der Schattenmaske,
welche als leitfähige
Schattenmaske ausgebildet ist, und einer Gegenelektrode so durchgeführt werden,
dass die leitfähige
Schattenmaske auf einem Substratabschnitt zwischen der leitfähigen Schattenmaske
und der Gegenelektrode fixiert ist.
-
In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird das Fixieren der Schattenmaske durch
eine anziehende magnetische Kraft zwischen einer leicht magnetisierbaren
bzw. ferromagnetischen Schattenmaske und einem Elektro- oder Permanent-Magneten
so durchgeführt,
dass die leicht magnetisierbare Schattenmaske auf einem Substratabschnitt
zwischen der magnetisierbaren Schattenmaske und der Gegenelektrode
fixiert ist.
-
Es
ist auch denkbar, dass die Schattenmaske als Permanent-Magnet oder als Elektromagnet ausgebildet
ist und zu einem leicht magnetisierbaren Gegenpol gezogen werden,
so dass die Schattenmaske auf einem Substratabschnitt zwischen der magnetischen
Schattenmaske und dem leicht zu magnetisierenden Gegenpol fixiert
ist.
-
Bei
der Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels kann es sich beispielsweise
um eine Einrichtung zur Erzeugung eines Plasmas, eine Einrichtung
zum Ein- oder Aufbringen eines Materials in oder auf ein Substrat,
eine Einrichtung zum Entfernen eines Materials von dem Substrat,
eine Einrichtung zum Dotieren oder eine Einrichtung zur mechanischen
oder chemischen Bearbeitung des Substrates in einem Bereich, der
durch die Öffnung
der Schattenmaske definiert ist, handeln. Bei der Einrichtung kann
es sich beispielsweise auch um eine Sputteranlage, eine Einrichtung
zum Ätzen,
zum Rakeln dünner
Schichten, zum Aufdampfen oder einer sonstigen Einrichtungen zur
Verarbeitung dünner
Schichten handeln. Denkbar ist auch, dass es sich bei der Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels um einen Laser oder eine andere
Licht- oder Wärmequelle zum
Bearbeiten der über
die Öffnung
der Schattenmaske definierten Substratbereiche handelt.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung zum Liefern eines Prozessmittels
so ausgebildet, dass eine definierte, ortsaufgelöste Einwirkung von Plasma auf
die Substrat- bzw. Folienoberfläche
durchgeführt
werden kann. Durch die Öffnungen
in der Folienmaske bleibt das Plasma auf bestimmte Bereiche des
Substratbandes beschränkt.
Damit können
beispielsweise die Benetzungseigenschaften auf der Substratbandoberfläche gezielt
beeinflusst werden. So können
beispielsweise Kunststofffolienoberflächen in einem Sauerstoff(O2)-Plasma hydrophilisiert werden und in einem
Tetrafluormethan(CF4)-Plasma dagegen hydrophobisiert
werden. In einer zweistufigen Plasmabehandlung kann also beispielsweise
zuerst das ganze Substratband hydrophilisiert und in einem zweiten
Schritt mit der Folienmaske ausgewählte Bereiche hydrophobisiert
werden. Denkbar ist natürlich auch,
das das Band zuerst hydrophobisiert und anschließend ausgewählte Bereiche durch die Schattenmaske
hydrophilisiert werden. Wird eine Substratoberfläche ortsaufgelöst mit einem
bestimmten Benetzungsverhalten programmiert, so können beispielsweise
leitfähige
Polymere wie z. B. Polyethylendioxythiophen (PEDOT) oder Polyanilin
(PANI), halbleitende organische Materialien, wie z. B. Poly(3-Hexylthiophen)
(P3HT) oder leitfähige
Tinten wie z. B. Silber-Nanopartikel-Tinte aufgetragen werden, die
dann in einem sich selbst organisierenden Prozess nur die vordefinierten
Bereiche benetzen. Auf diese Weise können beispielsweise Leiterbahnstrukturen
oder Transistorbauelemente einer gedruckten Schaltung hergestellt
werden.
-
In
einem anderen Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist die Einrichtung zum Liefern eines
Prozessmittels so ausgebildet, dass flüssige, elektrisch isolierende
Materialien oder auch dünnflüssige Klebstoffe
wie z. B. Epoxy oder Acrylate aufgetragen werden, die dann selbständig ein
durch den Plasma-Prozess vordefiniertes Muster auf dem Substratband
generieren.
-
Andere
Nutzungsbeispiele sind lokalisierte Ätzabtragung von Oberflächenbeschichtungen
z. B. in einem Sauerstoff- oder Tetrafluormethan-Plasma oder die
definierte Materialabscheidung bzw. der Materialauftrag auf das
Substrat durch die Schattenmaskenöffnung. Letzteres kann beispielsweise
mit Hilfe einer Rakelbeschichtung oder einem Druckverfahren durch
die Folienmaske hindurch erzielt werden. Das heißt, die Einrichtung zum Liefern
eines Prozessmittels kann beispielsweise auch eine Rakelmaschine
oder eine Druckmaschine sein, durch die durch die Folienmaske hindurch
ein Materialauftrag auf ein Substrat erfolgt.
-
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung zeigen, dass durch den Einsatz einer
elektrostatischen Haltekraft ein sehr enger Kontakt zwischen einer
flexiblen Metallfolienmaske, einem Substratband und der Gegenelektrode
erzielt werden kann. Dies kann dazu verwendet werden, dass auch feine
geometrische Strukturen randscharf begrenzt werden können. Dies
ist gerade bei Plasmaeinwirkung von entscheidender Bedeutung. Jede
Flächeneinheit
der Folienmaske wird durch die elektrostatische Kraft auf das Substratband
gepresst. Die Wahl eines flexiblen Maskenmaterials kann be sonders
vorteilhaft sein, da ein formschlüssiger Kontakt mit dem Substrat
gewährleistet
werden kann.
-
Die
Vorrichtung bzw. das Verfahren ist Rolle-zu-Rolle tauglich, d. h.
es ist ein kontinuierlicher Maskierungsprozess möglich. Im Vergleich zu anderen
Maskentechniken wie beispielsweise Fotolack muss nicht erst eine
Beschichtung aufgebracht noch strukturiert und nach dem eigentlichen
beabsichtigten Prozess wie z. B. einer Plasmaeinwirkung oder eines
Materialauftrags wieder entfernt werden. Damit ist das Verfahren
besonders kostengünstig
und erlaubt hohe Durchlaufgeschwindigkeiten.
-
Das
Verfahren kann außerdem
zur strukturierten Plasmaeinwirkung unter Atmosphärenbedingungen
(Normaldruck) genutzt werden. Atmosphären-Plasma erzeugt einen heißen Gasstrom,
der oft zur thermischen Beschädigung
des Substrates führt. Bei
Verwendung einer Metallfolienmaske ist dagegen das Substratband
geschützt,
und die Wärme
wird über
die große
Fläche
schnell verteilt.
-
- 100
- Vorrichtung
zum Bearbeiten eines Substrates
- 110
- Einrichtung
zum Zuführen
eines Substrates
- 112
- Substrat
bzw. Substratband
- 112a
- erste
Seite des Substrates bzw. Substratbandes
- 112b
- zweite
Seite des Substrates bzw. Substratbandes
- 113
- Substratabschnitt
- 114
- Schattenmaskenabschnitt
- 120
- Einrichtung
zum Fixieren einer Schattenmaske
- 122
- Schattenmaske
bzw. Schattenmaskenband
- 122a
- Randbereich
zur Öffnung
der Schattenmaske
- 123
- Öffnung der
Schattenmaske
- 124
- Abwickelrolle
- 125
- Gegenelektrode
bzw. Gegenelektrodenband
- 126
- Aufwickelrolle
- 128
- Spannungsquelle
- 130
- erste
Rolle
- 132
- zweite
Rolle
- 134
- dritte
Rolle
- 136
- vierte
Rolle
- 150
- Einrichtung
zum Liefern eines Prozessmittels
- 152
- Prozessmittel
- 200
- Zuführen des
Substrates
- 210
- Fixieren
einer Schattenmaske
- 220
- Liefern
mindestens eines Prozessmittels
- 230
- Reduzieren
der Fixierung oder Separieren der Schattenmaske